通信与网络中的MAC层支持的网络拓扑结构
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2020-11-14
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通信与网络中的通信与网络中的MAC层支持的网络拓扑结构层支持的网络拓扑结构
IEEE 802.16的MAC层支持两种网络拓扑结构：点对多点（PMP）和多点对多点（mesh）拓扑结构。 1．
PMP PMP网络拓扑结构描绘的是一个基站（base statlon，BS）服务多个用户站（subscriber
statlon，55） 。IEEE 802．16标准的无线链路由一个中心基站和一个扇区天线操作，扇区天线负责同时处理多
个独立扇区 。在一个频段频道及扇区内，BS集中控制下行方向的发送，以TDM方式将消息发送给服务范围内的
55，除了 TDD系统外，不需要与其他BS进行同步。用户站在下行链路进行侦听，检查接收到的协议数据单元
（protocol data unl
IEEE 802.16的MAC层支持两种网络拓扑结构：点对多点（PMP）和多点对多点（mesh）拓扑结构。
1． PMP
PMP网络拓扑结构描绘的是一个基站（base statlon，BS）服务多个用户站（subscriber statlon，55） 。IEEE 802．16
标准的无线链路由一个中心基站和一个扇区天线操作，扇区天线负责同时处理多个独立扇区 。在一个频段频道及扇区内，BS
集中控制下行方向的发送，以TDM方式将消息发送给服务范围内的55，除了 TDD系统外，不需要与其他BS进行同步。用户站
在下行链路进行侦听，检查接收到的协议数据单元 （protocol data unlt，PDU）中的CID，只接收发送给自身的PDU。在上行
方向，用户站在请求带宽的基础 上，根据基站的调度信息共享上行链路，根据其服务类型，55可能被BS授权进行持续发送；
或者，BS收到55 的带宽请求后，55被授权后才能进行发送。在每个扇区，用户坚持一个发送协议，该发送协议控制用户之间
的竞争以及使服务能够适应每个用户应用的延迟和带宽请求，该过程通过主动授予服务（uns。licited grant
servlce，UGS）、实时轮询业务（realtlme p。tling service，rtPS）、非实时轮询业务（non real－time polling
service，nrtPS）、尽力传输业务（best effort，BE）四种不同类型的上行链路调度 模式完成。它们采用主动带宽授权、轮询
和竞争机制来实现。协议中定义的机制允许设各厂商采用不同带宽 分配技术的融合，同时保持互操作性定义，来优化系统性
能。
IEEE 802.16的MAC层是面向连接的，即将服务映射到SS以及与此相关的QoS要求，都是通过连接来实现的 。当网络系
统中出现SS时，服务流就被提供了。简而言之，一个SS注册后，连接就与服务流一一对应，从而 可让各端知道是谁申请了此
带宽。此外，当一个用户的业务需要改变时，新的连接将被建立。一个连接标识 了BS和55的MAC层中对等实体之间的连接信
息，同时映射到一个服务流，服务流为该连接上传输的PDU定义了 QoS参数。因此，服务流实际上提供了上下行QoS管理的
机制，并且和带宽分配的进程紧密联系。一个SS以基 于每个连接（也即基于不同服务流）的方式请求上行带宽。BS在某个时
间调度间隔内，或者对一个SS的所有 请求总的授予一个带宽，或者按每个连接来授予带宽。连接一旦建立，需要对其进行动
态维护，维护需求根 据业务连接类型的不同而有所改变。最后，当用户的业务改变时，连接有可能被中断，由BS或55发起解
除连 接请求。
每个连接都是由一个16b的CID来唯一标识的。在SS初始化时，在BS和SS之间将建立起两对管理连接（上行 和下行），
第三对管理连接是可选产生的。这三对连接表明在一个SS和BS之间存在固有的三种不同级别QoS的管理流。基本连接用于BS
MAC和SS MAC之间 交换短的、时间紧急的MAC管理消息；第一管理连接用于BS MAC和qq MAC之间交换长的、延迟容忍度
稍大的 MAC管理消息；第二管理连接用于BS和55之间传输延迟容忍度大，基于DHCP、TFTP和SNMP等标准的消息。连 接
除了区分业务优先级外，还提供重要的寻址消息。每个BS和SS都有一个48b的MAC地址，该地址在SS初始化 建立连接的过
程中使用，连接建立以后，就不再使用MAC地址。
2． Mesh
PMP和可选Mesh模式的主要区别是：在PMP模式中，业务流仅仅在BS和55之间进行传输；在Mesh模式中，业 务流可以
通过其他55路由在55之间传送，而不需要通过BS路由，不存在明确的上下行链路。根据所采用的传 输协议算法，Mesh网络
可采用分布式调度、集中式调度两种调度方式。
在一个Mesh网络中，直接连接到骨干网络的系统叫作Mesh BS，网络中的其他系统叫作Mesh 55，简单地说 ，Mesh网
络中的系统以节点为一个术语。在Mesh网络中有其他三种重要的术语：邻居、邻域和扩展邻域。两 个节点有直接链路时，它
们被称为邻居，它们之间只有一跳；一个节点的所有邻居将形成一个邻域；扩展邻 域又包括邻近的所有邻居。
在分布式调度机制中，所有节点包括Mesh BS在它们的两跳邻域中将协调它们的传输，并且广播它们的信 息（可用资
源、请求和授权）给它们的所有邻居。可选地，该机制也可能通过两节点间的直接非协调请求和 授权建立。节点将保证引起
的传输不会与两跳邻域中的任何节点调度的数据和控制业务流产生冲突。分布式 调度通过三次握手过程来建立发送数据前的
连接。首先，待发送数据的节点使用MSH－DSCH（distribution schedule）消息的请求IF，说明链路ID、发送数据包大小和
发送数据持续帧的个数；其次，授权节点根据请 求，寻找适合请求的微时隙，向请求节点发出授权IE（direction＝1，表明是
发给请求方），说明授权的微 时隙的位置；最后，请求节点收到授权IE后，拷贝授权信息，发送授权IE（direction＝o，表明
是发给授权 方）作为确认信息完成三次握手过程。分布式调度可以分为分布式协同调度和分布式非协同调度，前者是指 在控
制子帧中使用无碰撞方式调度传输包，后者指部分的基于竞争方式传输调度包。两者的区别主要在于， 分布式协同调度是完
全不碰撞的，而分布式非协同调度可能发生碰撞。
在集中式调度机制中，Mesh BS在一定跳数范围中从所有的Mesh 55中搜集资源请求。它决定网络中每条链 路（上行链
路和下行链路）的授权请求数量，以及传达这些授权给一跳范围内的所有Mesh SSs，授权信息不 包括实际的调度，但是每个
节点将通过给定参数的预定算法进行计算。这种调度方爷主要用在需要将Mesh SS的数据通过Mesh BS路由至外部网络或其
他Mesh BS的情况。
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